최근 반도체 산업에서 높은 효율과 정밀도를 요구하는 분야에 레이저를 이용한 광학계의 수요가 늘어나면서 레이저 빔의 형태 또는 에너지 분포를 원하는 형태로 바꿔주는 Beam Shaping 기술이 각광받고 있다. 그 중에서도 수직형 LED의 경우 열전달이 좋지 않은 기판을 제거하는 것이 필수적인데, 기존의 Chemical Lift-Off(CLO)은 공정수율 및 ...
최근 반도체 산업에서 높은 효율과 정밀도를 요구하는 분야에 레이저를 이용한 광학계의 수요가 늘어나면서 레이저 빔의 형태 또는 에너지 분포를 원하는 형태로 바꿔주는 Beam Shaping 기술이 각광받고 있다. 그 중에서도 수직형 LED의 경우 열전달이 좋지 않은 기판을 제거하는 것이 필수적인데, 기존의 Chemical Lift-Off(CLO)은 공정수율 및 재현성 확보가 어려워 최근에는 엑시머 레이저를 이용하여 Sapphire 기판을 제거하는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO) 공정이 각광을 받고 있다. 본 논문에서는 엑시머 레이저(Excimer laser)를 광원으로 사용하여 일정한 영역 내에서 균일한 에너지 분포를 갖게 하는 연구를 빔 인테그레이터 방법과 랜덤 위상판 방법 두 가지를 사용하여 연구하였다.
빔 인테그레이터 방법을 이용한 연구에서는 미세 렌즈를 배열(Microlens Array)하여 Zemax와 LightTools를 이용하여 렌즈 설계 및 성능 지표로 사용되는 정사각형 빔의 크기, 균일도, 투과율 등의 해석을 진행하였으며 실제 제작을 통해 가공성을 확인하였다. 성능 분석 결과 사각형 빔의 크기 6ⅹ6 mm2, 95 % 이상의 균일도(Uniformity)를 만족하는 결과를 얻었다. 가공성 확인을 통한 시제품 제작 후 Beam profiler를 통하여 최종 사각형 빔의 크기 6.008ⅹ6.008 mm2를 확인하였다. 일반적으로 엑시머 레이저를 사용한 LLO 시스템 설계에서는 빔 형태가 장축과 단축의 길이가 비례하지 않기 때문에 실린드리컬 렌즈(Cylindrical lens)로 장축과 단축의 비율을 맞추고 마이크로 렌즈를 배열하여 빔을 섞어준 다음 투사광학계(Projection system)를 사용하여 기판(Substrate)으로 정사각빔을 축소 결상한다. 본 연구에서는 빔 인테그레이터 방법을 사용하여 빔의 크기 6ⅹ6 mm2, 95 % 이상의 균일도를 얻는 설계, 제작 기술을 확보하였다.
랜덤 위상판 방법을 이용한 연구에서는 최종적으로 출력이 높은 엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 광학계에서 회절광학소자를 이용하여 위상을 흩트리고 균일한 에너지 분포를 갖게 하는 연구를 실시할 예정이다. 그 이전에 출력이 상대적으로 낮은 그린 레이저(Green laser)를 광원으로 사용하여 회절광학소자를 설계, 제작하여 실험하기 이전에 설계 시 주요 설계변수에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 설계 시에는 관측면에 원하는 회절이미지를 나타내기 위해 입사면의 빛의 위상 분포를 근사적으로 구하는 반복적 수치 알고리즘인 Iterative Fourier Transform algorism(IFTA)를 이용하는 회절광학소자 설계프로그램인 VirtualLab 을 사용하였고 사각형 빔의 크기 5x5 mm2을 만들기 위한 회절광학소자의 Phase level 변화에 따른 성능변화와 그린 레이저의 Beam waist 변화에 따른 회절광학소자의 성능변화에 대한 민감도 분석을 회절광학소자의 성능지표인 Efficiency, Uniformity Error, Signal to noise ratio(SNR), Maximum Relative Intensity of Stray Light 등의 시뮬레이션 결과 값을 통해 실시하였다. 그 결과 Phase level 이 높아질수록 Efficiency가 향상됨을 확인하였고 Beam waist는 회절광학소자의 성능에 큰 영향을 주지 않음을 확인하였다. 요구한 성능의 사각빔을 얻기 위한 회절광학소자를 설계하기 이전에 회절광학소자와 그린 레이저의 몇 가지 중요한 설계 변수에 따른 성능 민감도 분석을 실시함으로 최종적인 회절광학소자 설계의 도움이 될 것이다.
최근 반도체 산업에서 높은 효율과 정밀도를 요구하는 분야에 레이저를 이용한 광학계의 수요가 늘어나면서 레이저 빔의 형태 또는 에너지 분포를 원하는 형태로 바꿔주는 Beam Shaping 기술이 각광받고 있다. 그 중에서도 수직형 LED의 경우 열전달이 좋지 않은 기판을 제거하는 것이 필수적인데, 기존의 Chemical Lift-Off(CLO)은 공정수율 및 재현성 확보가 어려워 최근에는 엑시머 레이저를 이용하여 Sapphire 기판을 제거하는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO) 공정이 각광을 받고 있다. 본 논문에서는 엑시머 레이저(Excimer laser)를 광원으로 사용하여 일정한 영역 내에서 균일한 에너지 분포를 갖게 하는 연구를 빔 인테그레이터 방법과 랜덤 위상판 방법 두 가지를 사용하여 연구하였다.
빔 인테그레이터 방법을 이용한 연구에서는 미세 렌즈를 배열(Microlens Array)하여 Zemax와 LightTools를 이용하여 렌즈 설계 및 성능 지표로 사용되는 정사각형 빔의 크기, 균일도, 투과율 등의 해석을 진행하였으며 실제 제작을 통해 가공성을 확인하였다. 성능 분석 결과 사각형 빔의 크기 6ⅹ6 mm2, 95 % 이상의 균일도(Uniformity)를 만족하는 결과를 얻었다. 가공성 확인을 통한 시제품 제작 후 Beam profiler를 통하여 최종 사각형 빔의 크기 6.008ⅹ6.008 mm2를 확인하였다. 일반적으로 엑시머 레이저를 사용한 LLO 시스템 설계에서는 빔 형태가 장축과 단축의 길이가 비례하지 않기 때문에 실린드리컬 렌즈(Cylindrical lens)로 장축과 단축의 비율을 맞추고 마이크로 렌즈를 배열하여 빔을 섞어준 다음 투사광학계(Projection system)를 사용하여 기판(Substrate)으로 정사각빔을 축소 결상한다. 본 연구에서는 빔 인테그레이터 방법을 사용하여 빔의 크기 6ⅹ6 mm2, 95 % 이상의 균일도를 얻는 설계, 제작 기술을 확보하였다.
랜덤 위상판 방법을 이용한 연구에서는 최종적으로 출력이 높은 엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 광학계에서 회절광학소자를 이용하여 위상을 흩트리고 균일한 에너지 분포를 갖게 하는 연구를 실시할 예정이다. 그 이전에 출력이 상대적으로 낮은 그린 레이저(Green laser)를 광원으로 사용하여 회절광학소자를 설계, 제작하여 실험하기 이전에 설계 시 주요 설계변수에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 설계 시에는 관측면에 원하는 회절이미지를 나타내기 위해 입사면의 빛의 위상 분포를 근사적으로 구하는 반복적 수치 알고리즘인 Iterative Fourier Transform algorism(IFTA)를 이용하는 회절광학소자 설계프로그램인 VirtualLab 을 사용하였고 사각형 빔의 크기 5x5 mm2을 만들기 위한 회절광학소자의 Phase level 변화에 따른 성능변화와 그린 레이저의 Beam waist 변화에 따른 회절광학소자의 성능변화에 대한 민감도 분석을 회절광학소자의 성능지표인 Efficiency, Uniformity Error, Signal to noise ratio(SNR), Maximum Relative Intensity of Stray Light 등의 시뮬레이션 결과 값을 통해 실시하였다. 그 결과 Phase level 이 높아질수록 Efficiency가 향상됨을 확인하였고 Beam waist는 회절광학소자의 성능에 큰 영향을 주지 않음을 확인하였다. 요구한 성능의 사각빔을 얻기 위한 회절광학소자를 설계하기 이전에 회절광학소자와 그린 레이저의 몇 가지 중요한 설계 변수에 따른 성능 민감도 분석을 실시함으로 최종적인 회절광학소자 설계의 도움이 될 것이다.
As the demand for an optical system that uses a laser with high efficiency and accuracy in the current semiconductor industry increases, Beam Shaping technology, which transforms the shape of the laser and energy distribution into any desired shape, has come into the spotlight. In the case of the ve...
As the demand for an optical system that uses a laser with high efficiency and accuracy in the current semiconductor industry increases, Beam Shaping technology, which transforms the shape of the laser and energy distribution into any desired shape, has come into the spotlight. In the case of the vertical LED, it is essential to remove the board with poor heat transfer. However, as it is difficult to maintain the process yield and reproducibility with the current CLO(Chemical Lift-Off) technology, the LLO(Laser Lift-Off) process, which removes the sapphire board using the eximer laser, has been on the spotlight.
In this paper, a homogenized beam using a micro-lens array integrator approach was designed using a beam homogenizer. Using Zemax and LightTools, the beam homogenizer analyzed the size, uniformity and transmittance of the square-shaped beam used for the lens design and the performance indicator, and also examined its processability through the actual production. Via the LightTools modeling of a micro-lens array with an excimer laser to interpret the results, a size of 6x6 mm2, and more than 95% uniformity were obtained. The processability was confirmed through the prototype production, and the final size of the square beam, 6.008ⅹ6.008 mm2 was also confirmed. Typically, an excimer laser and a short axis of the beam shape given the length are not proportional to the major axis. To reduce the proportion of a cylindrical lens focused on the substrate, a projection system serves to demagnify the focus. Through this study, ensured the design and fabrication technology to achieve a size of 6x6 mm2, and more than 95% uniformity.
This study designs and manufactures the diffractive optical element which uses a green laser with a comparatively lower output as a source of light before we perform the study which breaks the topologic with a diffractive optical element in an optical system with a high output excimer laser as a source of light and has equal energy distribution. As part of the design process a sensitivity analysis was performed. To conduct the design, VirtualLab, a design program for diffractive optical elements, which uses an Interactive Fourier Transform Algorithm(IFTA) that measures light distribution on the plan of incidence to approximate the repetitive numerical value of the algorism in order to express the diffractive image for observation. Sensitivity analyses on the performance change due to the phase level change of the diffractive optical element in order to produce a 5 x 5 mm2 of flat-top beam and the performance change of the diffractive optical element due to beam waist change of the green laser were performed through the outcome of simulations such as Efficiency, Uniformity Error, Signal to noise ratio (SNR) and Maximum Relative Intensity of Stray Light. As a result, it was found that as phase level is increased, the efficiency is improved and it is confirmed that the beam waist doesn’t have much of an effect on the performance of the diffractive optical element. It would be helpful for the final planning and designing of the diffractive optical element by an operating performance sensitivity analysis due to several important design variables of the green laser before planning and designing the diffractive optical element to achieve the flat-top beam along with required performance.
As the demand for an optical system that uses a laser with high efficiency and accuracy in the current semiconductor industry increases, Beam Shaping technology, which transforms the shape of the laser and energy distribution into any desired shape, has come into the spotlight. In the case of the vertical LED, it is essential to remove the board with poor heat transfer. However, as it is difficult to maintain the process yield and reproducibility with the current CLO(Chemical Lift-Off) technology, the LLO(Laser Lift-Off) process, which removes the sapphire board using the eximer laser, has been on the spotlight.
In this paper, a homogenized beam using a micro-lens array integrator approach was designed using a beam homogenizer. Using Zemax and LightTools, the beam homogenizer analyzed the size, uniformity and transmittance of the square-shaped beam used for the lens design and the performance indicator, and also examined its processability through the actual production. Via the LightTools modeling of a micro-lens array with an excimer laser to interpret the results, a size of 6x6 mm2, and more than 95% uniformity were obtained. The processability was confirmed through the prototype production, and the final size of the square beam, 6.008ⅹ6.008 mm2 was also confirmed. Typically, an excimer laser and a short axis of the beam shape given the length are not proportional to the major axis. To reduce the proportion of a cylindrical lens focused on the substrate, a projection system serves to demagnify the focus. Through this study, ensured the design and fabrication technology to achieve a size of 6x6 mm2, and more than 95% uniformity.
This study designs and manufactures the diffractive optical element which uses a green laser with a comparatively lower output as a source of light before we perform the study which breaks the topologic with a diffractive optical element in an optical system with a high output excimer laser as a source of light and has equal energy distribution. As part of the design process a sensitivity analysis was performed. To conduct the design, VirtualLab, a design program for diffractive optical elements, which uses an Interactive Fourier Transform Algorithm(IFTA) that measures light distribution on the plan of incidence to approximate the repetitive numerical value of the algorism in order to express the diffractive image for observation. Sensitivity analyses on the performance change due to the phase level change of the diffractive optical element in order to produce a 5 x 5 mm2 of flat-top beam and the performance change of the diffractive optical element due to beam waist change of the green laser were performed through the outcome of simulations such as Efficiency, Uniformity Error, Signal to noise ratio (SNR) and Maximum Relative Intensity of Stray Light. As a result, it was found that as phase level is increased, the efficiency is improved and it is confirmed that the beam waist doesn’t have much of an effect on the performance of the diffractive optical element. It would be helpful for the final planning and designing of the diffractive optical element by an operating performance sensitivity analysis due to several important design variables of the green laser before planning and designing the diffractive optical element to achieve the flat-top beam along with required performance.
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